Embed Size (px)
Citation preview
Tikrit Journal of Engineering Sciences (2019) 26 (4): 43- 49
ISSN: 1813-162X (Print) ; 2312-7589 (Online)
Tikrit Journal of Engineering Sciences
available online at: http://www.tj-es.com
Abbas EF, Mohammed SS. Study the Effect of Granules Type of The Porous Medium on The Heat Transfer
Enhancement for Double Pipe Heat Exchanger. Tikrit Journal of Engineering Sciences 2019; 26(4): 43-49
Ehsan F. Abbas Shagul S. Mohammed Kirkuk Technical College, Northern Technical University, Kirkuk, Iraq
Keywords:
Heat Transfer Porous Medium Heat Exchanger Two concentric pipes
A R T I C L E I N F O
Article history:
Received: 09 Dec. 2018
Accepted: 09 April 2019
Available online: 25 Dec. 2019
Tik
rit
Jou
rna
l o
f E
ng
inee
rin
g S
cien
ces
Tik
rit
Jou
rna
l o
f E
ng
inee
rin
g S
cien
ces
T
ikri
t Jo
urn
al
of
En
gin
eeri
ng S
cien
ces
Tik
rit
Jou
rna
l o
f E
ng
inee
rin
g
Sci
ence
s
Tik
rit
Jou
rna
l o
f E
ng
inee
rin
g S
cien
ces
Tik
rit
Jou
rna
l o
f E
ng
inee
rin
g S
cien
ces
Tik
rit
Jou
rnal
of
En
gin
eeri
ng
Sci
ence
s T
ikri
t Jo
urn
al
of
En
gin
eeri
ng
Sci
ence
s
Tik
rit
Jou
rna
l o
f E
ng
inee
rin
g S
cien
ces
Tik
rit
Jou
rna
l of
Eng
inee
rin
g S
cien
ces
Study the Effect of Granules Type of The Porous Medium on The Heat Transfer Enhancement for Double Pipe Heat Exchanger A B S T R A C T
The current study includes the effect of the type of porous medium on the heat transfer
enhancement for double-pipe heat exchanger. Using the three types of the porous
medium of balls (steel, ceramic and glass) with diameters (6.35, 6 and 7) mm
respectively. The tests were carried out on a locally manufactured heat exchanger,
consisting of a copper pipe with an inner diameter (20mm), an outer diameter (22mm)
and a length of (1800mm), fixed inside a pipe made of galvanized iron with the same
length of copper pipe with inner diameter (50mm) and thickness (5mm). The heat
exchanger is insulated with a layer of glass wool to prevent leakage of heat to the area
surrounding the exchanger. The tests carried out on the heat exchanger in four cases,
the three cases for porous medium, also the case of exchanger without porous medium,
and for all cases identical operating conditions, which is inlet temperature of hot, and
cold water determined at (63 and 32)˚C and the number of Reynolds from (1100 to
9750) for cold water and (415 to 7500) for hot water. The experimental results showed
that the highest thermal conductivity was obtained when the ceramic balls were used,
which was estimated to be approximately (219.302) W/˚C and increased by (105.3%,
10.8%, 4.3%) for cases: without porous medium, glass balls and steel balls
respectively. The effect of the pressure drop in the hot water side, was recorded the
highest value for pressure drop when the ceramic balls were used and ranged from (0.5
to 19.5) mmHg and increased by (0.95%, 2.25%) when compared with the results of
two cases for balls (steel and glass) respectively. @2019 TJES, College of Engineering, Tikrit University
DOI: http://doi.org/10.25130/tjes.26.4.07
حبيبات وسط مسامي على تحسين انتقال الحرارة للمبادل الحراري ذي الانبوب المزدوج نوعدراسة تأثير
, العراقكركوكالكلية التقنية , لتقنية الشماليةالجامعة ا/ ساحسان فاضل عبا
, العراقكركوكالكلية التقنية , الجامعة التقنية الشمالية / شاكول ستار محمد
الخلاصة
اع من الوسط المسامي من الدراسة الحالية تاثير نوع الوسط المسامي على تحسين انتقال الحرارة لمبادل حراري مزدوج الانبوب متحدي المركز, باستخدام ثلاثة انوشمل ت
( على التوالي. اجريت الاختبارات على مبادل حراري مصنوع محليا, ويتكون من انبوب النحاس بالقطر 7و 6.35 ,6)mmالكرات ) فولاذية, سيرامكية, زجاجية( باقطار
( 50mmغلون بنفس الطول انبوب النحاس وبالقطر الداخلي )(, وثبت داخل انبوب من الحديد المmm1800( والطول )22mm(, والقطر الخارجي )mm20الداخلي )
بادل الحراري (. تم عزل المبادل الحراري بطبقة من الصوف الزجاجي لمنع تسريب الحرارة الى المنطقة المحيطة بالمبادل. تم اجراء الاختبارات على الم5mmوبسمك )
لى حالة المبادل بدون وسط مسامي وفي ظروف تشغلية متشابهة تقريبا لجميع الحالات من حيث درجة حرارة باربع حالات وهي الحالات الثلاث للوسط المسامي بالاضافة ا
( للماء الحار. اظهرت النتائج 7500الى 415( للماء البارد و )9750الى 1100( و مدى عدد رينولدز من )32و 63) C˚دخول المائعين الحار والبارد والتي حددت بـ
بـ التي استخدمت فيها اربع حالات للمبادل الحراري, بان اعلى توصيل حراري قد حصل عليه عند استخدام الكرات السيراميكية والذي قدر تقريبالمختبرية ا
W/˚C(2019.302( أي بنسبة الزيادة ,)عن الحالات بدون وسط مسامي, كرات زجاجية و كرات فولاذية على التوالي. اما ب4.3, 10.8, 105.3 %) النسبة لتاثير هبوط
, 0.95( أي بنسبة الزيادة )19.5الى mmHg(0.5الضغط في جهة الماء الحار, فقد سجل اعلى قيمة لهبوط الضغط عند استخدام كرات سيرامكية والتي تراوحت من
(% عند المقارنة مع نتائج الحالتين للكرات )الفولاذية و الزجاجية( على التواالي.2.25
انتقال الحرارة, وسط مسامي, مبادل الحراري, الانبوبين متحد المركز. :الكلمات الدالة
* Corresponding Author: E-mail: [email protected]
43
Ehsan F. Abbas , Shagul S. Mohammed / Tikrit Journal of Engineering Sciences (2019) 26(4) : 43-49
الرموز المستخدمةA مساحة المقطع m As المساحة السطحية m2
Cc معدل السعة الحرارية للمائع البارد W/oC
Ch للمائع الحارمعدل السعة الحرارية W/oC
Cmin معدل السعة الحرارية الصغرى W/oC
Dh القطر الهيدروليكي m
Di القطر الخارجي للانبوب الخارجي m
di القطر الداخلي للانبوب الداخلي m
do القطر الخارجي للانبوب الداخلي m
h معامل انتقال الحرارة بالحمل W/m2.oC L طول المبادل الحراري m ke الموصلية الحراري المؤثر للوسط
المسامي W/m.oC
kf المتوصلة الحرارية للمائع W/m.oC ks الموصلية الحرارية للكرات المسامية W/m.oC
Kg/s التدفق الكتلي ΔP فرق الضغط mmHg
qact معدل انتقال الحرارة الحقيقي W
qmax اعظم معدل انتقال الحرارة W
Tbc الظاهرية للمائع البارد درجة حرارة oC
Tbh درجة حرارة الظاهرية للمائع الحار oC
ΔTlm معدل فرق درجات الحراة المتوسط
اللوغاراتمي
oC
Tw درحة حرارة جدار المبادل الحراري oC
UA التوصيل الحراري W/oC
um متوسط سرعة المائع m/s
m3/s معدل التدفق الحجمي
μ كية اللزوجة الدينامي Pa.s
ρ كثافة المائع kg/m3
مجاميع اللابعديةf معامل الاحتكاك
Ntu عدد وحدات انتقال الحرارة
Nu عددنسلت
Re عددرينولد
Ra عددرايلي
Pe عددبكلت
ℰ فاعلية المبادل الحراري
Ƹ مسامية
المقدمة. 1تعرف المبادلات الحرارية بأنها تلك المعدات التي تبسط
لية الانتقال حرارة والتبادل حراري بين المائعين, اي وتسهل عم
من مائع ذي درجة حرارة مرتفعة الى مائع ذي درجة حرارة
منخفضة دون اختلاط المائعين ببعضهما. وتستخدم المبادلات
الحرارية على نطاق واسع في كثير من التطبيقات مثل محطات
مصانع المعالجة الطاقة الحرارية , منظومات التبريد و التكييف ,
الكيميائية , محطات الطاقة النووية و مصانع الالبان.....الخ. و يتم
انتقال الحرارة في المبادلات الحراري بواسطة الحمل في مائع
. هناك [1]نفسه و بالتوصيل خلال الجدار الفاصل بين المائعين
العديد من الدراسات اظهرت بان استخدام المواد المسامية في
ن انتقال الحرارة يعطي اداء افضل لانتقال الحرارة من تحسي
التقنيات الاخرى و تعرف الاوساط المسامية ذات الموصلية
الحرارية عالية كطريقة فعالة لتحسين انتقال الحرارة. يستخدم
الوسط مسامي في كثير من المجالات و التطبيقات الصناعية تعتمد
ت خزن الطاقة اساس عملها على وسط مسامي مثل منظوما
الشمسية و منظومات العزل الحراري وفي عمليات التبريد
للملفات الكهربائية الضخمة في المكائن ذات توليد القدرة الفائقة و
الانبوب الحراري و معدات التسخين في محطات القدرة و شبكة
(.et alأجرى الباحث .[2]الانابيب في المبادلات الحرارية
Sidhappa[)3] ة تجريبية لتحسين انتقال الحرارة بالحمل دراس
القسري بأدراج شريط ملتوي يحتوي على ثقوب دائرية في
الانبوب. حيث استخدم ثلاثة انواع مختلفة من شريط ملتوي و
(, كانت النتائج التي حصل 8.5, 6.5, 5.5بنسبة الالتواء مختلفة )
ت ( بان عدد نسل12000الى 2000عليها ضمن عدد رينولدز )
يزداد مع زيادة عدد رينولدز و أعلى عدد نسلت التي حصل عليه
( و معامل احتكاك 5.5عند ادراج شريط ملتوي بنسبة التواء )
[4(]Weis)الباحث قدم (.5.5تزداد عندما تكون نسبة التواء )
دراسة تجريبية و عددية لتحسين انتقال الحرارة في مبادل غلافي
ت سلكية حلزونية الى حزمة انبوبي عن طريقة ادخال حشوا
الانابيب. استخدم اربعة قياسات مختلفة للخطوات بين حلقات
(. واظهرتmm4.8 ,mm6.4 ,mm8 ,mm9.6الحلزونية )
النتائج المقارنة بأن معامل انتقال الحرارة تزداد في جهة الانابيب
( و 9.6mmعند استخدام حشوة سلكية حلزونية ذات خطوة )
تمت عليها عند استخدام نفس الحشوة.أعلى فاعلية حصلت
دراسة عملية انتقال الحرارة بالحمل الحر في اسطوانه مزعنفة
زعانف موزعه 8طوليا ذات مقطع مستطيل و مقطع مثلث بعدد
على زاوية )◦
, حيث [5](Kadhim)( من قبل الباحث 45
وضعت بزوايا ميل مختلفة يتراوح من )◦
0-◦
(. اجريت 90
10دود عدد رايلي يتراوح بين )الاختبارات لح7
*1.68-
(3.46*108 , وباستخدام مدى للفيض الحراري يتراوح بين )
W/m2
279.24 - 4418.84 W/m2
(. اظهرت النتائج بأنه كمية
الحرارة المنتقلة بالحمل تزداد بزيادة عدد رايلي, وأعلى مقدار
ل للحرارة منتقلة بالحمل عند حالة زعنفة المستطيلة بزاوية مي
(◦
و اقل مقدار عند زاوية ميل ) (30◦
( داخل المجرى الهوائي.60
اجرى دراسة تجريبية لتحسين اداء [6](Ridha)اما الباحث
المبادل الحراري ذي الانبوب المزدوج باستخدام اربعة نماذج من
الانابيب الداخلية )انبوب املس, انبوب مزعنف نصف حلقي,
حلقي حلزوني(. اجريت انبوب مزعنف حلقي و انبوب مزعنف
الاختبارات بنمطين من الجريان الموازي و المعاكس باستخدم
الماء الحار و البارد كوسط ناقل للحرارة وضمن حدود عدد
( لجريان المائع في 6000الى 1000رينولدز يتراوح من )
( لجريان المائع الاخر في 2250الى 500الانبوب الداخلي و )
رت النتائج التي تم الحصول عليها بأن الانبوب الخارجي. اظه
أعلى معامل انتقال الحرارة بالحمل حصلت عند استخدام نموذج
انبوب مزعنف حلقي حلزوني.
باجراء دراسة تجريبية و Hussein)[)7 ]كما قام الباحث
عددية للحمل المختلط خلال وسط مسامي بين صفيحتين مائلتين
ي من الاسفل و مبردة من بزاوية معينه و مسخنه بمصدر حرار
الاعلى. واستخدم كرات الزجاجية كوسط مسامي قطره
((12mm وكانت النتائج التجريبية و العددية ضمن مدى .
100<Ra<650 ,5<Pe<100 ,0◦<ø<90
◦بان عدد نسلت
و كذلك مع زيادة ميلان الزاوية من Ra/peيزداد بزيادة نسبة ◦
0
الى ◦
90 .
دراسة عملية لتحسين [8(]Tahseen) واجرى الباحث
انتقال الحرارة بالحمل القسري الطباقي في انبوب اسطواني مثبت
بصورة افقية, استخدم نوعين من الوسط المسامي كرات الزجاجية
10mm)( و حبيبات من الحصو قطره )10mmقطره )
وباستخدم الفيض الحراري الثابت. وتبين من النتائج التي تم
توزيع درجات الحرارة اللابعدية تقل بأزدياد الحصول عليها بان
طول انبوب اللابعدي و تكون اقل قيمة بالنسبه للحصو وكذلك عدد
44
Ehsan F. Abbas , Shagul S. Mohammed / Tikrit Journal of Engineering Sciences (2019) 26(4) : 43-49
النسلت الموقعي يزداد بزيادة عدد بكلت في كلا نوعين من الوسط
بأجراء دراسة عملية ]9[(Lafta و Hill)المسامي. قام الباحثان
مسامي في مبادل لتحسين الانتقال الحرارة باستخدام وسط
واستخدم كرات من الالومينا , الحراري ذي الانبوب المزدوج
(. واجريت الاختبارات بثلاث 2.5mmكوسط مسامي بقطر )
حالات حيث استخدم وسط مسامي )داخل انبوب و خارج انبوب و
في كلا انبوبين(. أظهرت النتائج التي حصل عليها في حالة
التدفق )معدل تدفق الماء جريان المعاكس بان زيادة نسبة
معدل تدفق الماء البارد( يؤدي الى انخفاض فعالية المبادل /الحار
الحراري لكل حاله, والفعالية باستخدام وسط مسامي اعلى مقارنة
بالمبادل اعتيادي.
الغرض من الدراسة الحالية لمعرفة تأثير نوع المواد
دل الحراري ذي انبوب المسامية المستخدمة في الفجوة الحلقية لمبا
مزدوج متحد المركز على الاداء الحراري للمبادل في حالة
الجريان الموازي. لاجل ذلك فقد تم اختيار ثلاثة انواع من المواد
المسامية ذات اشكال كروية و بأقطار متقاربة و هي كرات
)سيراميكية, فولاذية و زجاجية( فتم مقارنة نتائج الاوساط
.ادل الاعتيادي )بدون وسط مسامي(المسامية مع مب
الجانب العملي. 2المبادل الحراري المستخدم في الدراسة الحالية و مبين
.1شكل فيصورته الفوتوغرافية
للجهاز المستخدم الفوتوغرافية الصورة 1شكل
يتكون من انبوبين متحدي المركز, انبوب داخلي مصنوع من
( 2mm( وسمكه )1800mm( وطوله )20mmنحاس قطره )
50mm)مثبت داخل انبوب من حديد مغلون قطره الداخلي )
وبطول انبوب نحاس نفسه. لغرض الحفاظ على 5mm)وسمكه )
تبادل حراري للمائعين تم عزل الانبوب الخارجي بطبقة من
(, و يحتوي المنظومة على 50mmالصوف الزجاجي بسمك )
خرى لتدوير الماء مضختين احداهما لتدوير الماء البارد و الا
( حيث ان مضخة الماء الحار مربوطة hp 0.5الحار بقدره )
مسخن كهربائي بخزان مفتوح معزول بصوف زجاجي بداخله
( مصنوع من L 40لتسخين الماء و بسعته ) (W 3000بسعة )
حديد مغلون, اما مضخة الماء البارد فأنها مرتبطة بالمصدر
نوع من حديد مغلون, ( مص12.7mmالرئيسي بانبوب قطره )
Waterكما تحتوي المنظومة على مقياسين لجريان التدفق الماء )
flow meter للسيطرة على التدفق الحجمي للماء البارد والماء )
الحار قبل دخولهما الى المبادل, وكذلك استخدم مقياسان لهبوط
يحتويان على U)على شكل حرف ) Manometer)الضغط )
الضغط على المسارين للماء البارد و الماء الزئبق لقياس هبوط
Temperatureالحار. استخدام مسجل البيانات لدرجة الحرارة )
data logger مزدوج حراري من نوع 16( يحتوي علىK
لقياس درجات 2mm)موزع على طول المبادل في ثقوب بعمق )
الحرارة داخل المبادل الحراري. زود المبادل بصندوق السيطرة
حكم بتشغيل المعدات الكهربائية في المبادل و السيطرة على للت
درجة حرارة الماء الحار و جميع اجزاء المبادل الحراري مثبته
على هيكل حديدي مغلف بطبقات من الخشب.
نموذج الرياضي. ال3لتحليل الانموذج الرياضي لانتقال الحرارة في المبادل
بحيث يكون الحراري, يتم فرض مجموعة من الفرضيات
الانموذج الرياضي الناتج بسيطا يكفي للتحليل. فقد تم تقديم
الفرضيات المبينة ادناه لايجاد صيغ لمعادلات الاتزان
الحراري و معدل انتقال الحرارة و الشروط الحدودية :
يعمل المبادل تحت ظروف المستقرة )معدل الجريان, درجة .1
حرارة دخول المائعين(.
ة مع المحيط بشكل محكم )عزل حراري المبادل معزول .2
مثالي(.
لايوجد مصدر حراري داخل المبادل. .3
تكون السرعة و توزيع درجات الحرارة في مقطع الجريان .4
منتظمة لكلا المائعين.
مقاومة الجدار موزعة بشكل منتظم داخل المبادل. .5
مقاومة التوصيل الطولي في المائع والجدار مهملة. .6
ري للمائعين ) التكثييف او التبخير(.لايوجد التغيير الطو .7
المقاومة الحرارية الاجمالية ثابتة ) مستقلة عن الزمن , .8
درجة الحرارة و اتجاه الجريان(
الخواص الفيزياوية ثابتة للمائعين خلال التبادل الحراري. .9
المساحة السطحية موزعة بشكل منتظم لكلا المائعين. .10
في المبادل يوضح نموذج الجريان الموازي 3شكل
الحراري المزدوج الانبوب.كمية الحرارة المنتقلة داخل المبادل
:[1]الحراري يحسب اعتمادا على طريقتين
موازنة الطاقة اعتمادا على قانون الاول للداينميك الحراري, .1
ويعبر عنه كالاتي:
------ (1)
او
------ (2)
حيث :
------ (3)
يمكن ان .2 معادلة معدل انتقال الحرارة, انتقال الحرارة ايضا
نعبر عنه كالاتي:
------ (4)
:حيث
------ (5)
:[11]( 6بعد ذلك نجد التوصيل الحراري من خلال المعادلة )
45
Ehsan F. Abbas , Shagul S. Mohammed / Tikrit Journal of Engineering Sciences (2019) 26(4) : 43-49
------ (6)
عدد وحدات انتقال الحرارة للمبادل الحراري يمكن ان يحسب
بتقسيم التوصيل الحراري على ادنى سعة الحرارية, و ذلك يعطي
[10]:
------ (7)
:[1]و نجد فاعلية المبادل الحراري من خلال العلاقة الاتية
--- (8)
: [12]و تحسب المسامية من خلال
------ (9)
الحمل على جانبي المبادل الحراري معامل انتقال الحرارة ب
: [14و 13]يحسب من خلال
------ (10)
و
------ (11)
: [15]للفجوة الحلقية Dhحيث
------ (12a)
: [15] وب الداخليللانب Dhبينما
Dh=di ------ (12b)
و يتم حساب عدد نسلت في حالات الوسط المسامي من خلال
[9] :
------ (13)
: ke [16]حيث
------ (14)
A = 0.280 – 0.7571 log Ƹ , B = - 0.057
:[ 13]و يحسب عدد رينولدز من خلال
------ (15)
حيث :
------ (16)
------ (17)
وعند اضافة الاوساط المسامية الى المبادل الحراري نحسب
: [17] عدد رينولدز من خلال
------ (18)
[ :1من خلال ] و يحسب هبوط الضغط
------ (19)
: [1]ي يحسب من للجريان الصفائح fحيث أن
------ (20)
و للجريان المضطرب :
------ (21)
لايجاد معدل درجات الحرارة للمائع الحار والمائع البارد و
:يعتمد على العلاقات التالية
------ (22)
------ (23)
مبادل حراري ذو جريان الموازي 3شكل
النتائج والمناقشة. 4( في Reh/Recلاقة التوصيل الحراري بنسبة )ع 4.1
حالة الجريان الموازي.
والتي توضح علاقة (Dو A ,B ,C)-(4الاشكال )
حالات الاربع بدون وسط مسامي والاوساط التوصيل الحراري لل
المسامية الثلات للكرات ) الفولاذية, السيرامكية و الزجاجية(
في مديات تدفق حجمي للماء البارد (Reh/Rec)نسبة الى
LPM(2 ,4 ,6 ,7.5 وباستخدام نظام جريان موازي. اذ يلاحظ )
ة نسبة من الاشكال اعلاه بأن قيمة التوصيل الحراري تزداد بزياد
(Reh/Rec) مع زيادة التدفق الحجمي للماء البارد و تزداد ايضا
بالنسبة لجميع الحالات ولكن هنالك تفاوت في نسب الزيادات. كما
يلاحظ ايضا من الاشكال اعلاه بان علاقة توصيل الحراري بنسبة
(Reh/Rec) للاوساط المسامية تكون اكثر انتظاما من حالة بدون
ن حيث الزيادة التدريجية لقيم التوصيل الحراري وسط مسامي م
ويرجع ذلك الى ان في حالات الوسط المسامي يكون التبادل
لان حبيبات الوسط المسامي تقوم بخزن الحراري اكثر انتظاما
قسم الطاقة الحرارية بداخلها وتتبادل القسم الاخر مع الماء البارد,
لتبادل الحراري يتم فقط اما في حالة بدون الوسط المسامي فان ا
مع الماء البارد. لوحظ من حالة بدون وسط مسامي في الشكلين
(A وB بان قيم للتوصيل الحراري فيها اقل من الحالات الوسط )
( تقريبا ولكن تزاد 1اقل من ) (Reh/Rec)المسامي الى حد نسبة
46
Ehsan F. Abbas , Shagul S. Mohammed / Tikrit Journal of Engineering Sciences (2019) 26(4) : 43-49
قيمتها عن الحالات الاخرى بعد النسبة المذكورة و تصل الى
W/˚C(128 للتدفق الماء البارد من 195و )LPM(2 على 4و )
التوالي, بينما اعلى قيمة للتوصيل الحراري للحالات الوسط
( للحالات 105و 85,75) W/˚Cالمسامي لم تتجاوز عن
)كرات زجاجية, كرات سيراميكية و كرات فولاذية( على التوالي
( 4LPM(, في حين عند للتدفق )2LPMلتدفق الماء البارد )
للماء البارد لوحظ بأن هناك تطابق كبير قي قيم التوصيل الحراي
الى W/˚C (138( وتراوحت من (Reh/Recلهم عند طول نسب
( للماء البارد لوحظ تناقص في 6LPM(. اما عند التدفق )150
قيم التوصيل الحراري لحالة بدون وسط مسامي عن الحالات
لحوظ بالزيادة عند الحالات الاخرى, بينما كانت هنالك تغير م
الوسط المسامي عن التدفقين السابقين للماء البارد بالاضافة الى
( , حيث 4LPMتقارب كبير بينهما كما وضحت في التدفق )
تراوحت قيم التوصيل الحراري عند الاوساط المسامية من
W/˚C (179 ( كما موضح في الشكل )190الىC-4 الشكل .)
(D-4يوضح تناقص ك ) بيرجدا في قيم التوصيل الحراري لحالة
( للماء البارد عن 7.5LPMبدون وسط المسامي عند تدفق )
والتي لم تتحاوز قيمته عن قيمتها في التدفقات التي ذكرت انفا
W/˚C (100 بينما عند الاوساط المسامية فقد ظهرت بزيادة ,)
(W/˚C 220ملحوظة في قيم التوصيل الحراري وتجاوز عن )
للوسطين الكرات الفولاذي والسيراميكي واما التوصيل الحراري
(. كما W/˚C 198عند الوسط الكرات الزجاجية كان بحدود )
( تطابق كبير بين الوسطين الفولاذي D-4لوحظ ايضا في الشكل )
( 0.2( اكبر من )(Reh/Recوالسيراميكي على مدى لنسب
ي فان قيم (, في حين عند الوسط الزجاج0.8واضغر من )
التوصيل الحراري كانت اقل مما وصل اليه الوسط الفولاذي على
( للاختبار.(Reh/Recطول نسب
للحالات Reh/Recعلاقة التوصيل الحراري بنسبة 4شكل
بدون وسط مسامي وبوسط مسامي وعند اسلوب الجريان
د:الموازي ولمعدلات تدفق الماء البارA. 2 LPM, B. 4 LPM, C. 6 LPM, and D. 7.5 LPM
لاقة هبوط الضغط مع عدد رينولدز في حالة الجريان ع 4.2 الموازي
يوضح هبوط الضغط من جهة الماء الحار في 5شكل
الاختبارات التي اجريت على المبادل الحراري باستخدام الوسط
( للماء البارد. اذ يلاحظ 7.5LPMالمسامي وبدونه وعند تدفق )
المذكور بان قيمة هبوط الضغط لعدد رينولدز اقل من من الشكل
( للماء الحار لجميع الحالات صغيرة جدا ومتقاربة ولكن 1000)
مع زيادة تدريجية لعدد رينولدز تزداد قيمة هبوط الضغط وبتفاوت
كبير بين الوسط المسامي, حيث حصلت حالة الكرات السيراميكية
اط المسامية والذي يقدر بـ على اعلى هبوط الضغظ من بين الاوس
(19.5 mmHg بينما اعلى هبوط الضغط في الكرات الفولاذية ,)
( وفي الكرات الزجاجية كان بحدود 10mmHgلم يتجاوز عن)
(6mmHg السبب في هذه التفاوتات الكبيرة لهبوط الضغط .)
للاوساط المسامية يرجع الى عاملين وهما صغر قطر وخشونة
ميكية مقارنة بالنوعين الاخرين مما ادى الى السطح للكرات السيرا
زيادة في عدد رينولدز لها على الرغم من ان الظروف التشغلية
كانت متشابهه الى حد كبير بين الاختبارات في جميع الحالات. اما
في حالة بدون الوسط المسامي كان مقدار هبوط الضغط قليل جدا
( بسبب 19المعادلة ) ولم تستشعر به المانوميتر وتم احتسابه من
قصر طول المبادل الحراري والكثافة العالية للزئبق, حيث لم
(.0.066mmHgيتجاوز اعلى قيمة لهبوط الضغط عن )
47
Ehsan F. Abbas , Shagul S. Mohammed / Tikrit Journal of Engineering Sciences (2019) 26(4) : 43-49
علاقة هبوط الضغط مع عدد رينولدز لجهة الماء الحار 5شكل
عند الجريان الموازي عندما يكون معدل التدفق الحجمي للماء
(7.5LPMالبارد )
ستنتاجاتالا. 5
اجريت اختبارات على المبادل الحراري باستخدام ثلاثة انواع من
الوسط االمسامي في نظام جريان موازي وباستخدام الماء كوسط
ناقل للحرارة وعند مقارنة نتائج المختبرية من حيث التوصيل
الحراري وهبوط الضغط للاوساط المسامية نسبة الى النتائج التي
دما اختبر في الحالة الاعتيادية أي بدون الوسط حصلت للمبادل عن
المسامي استنتجت مايلي:
بشكل عام التوصيل الحراري يزداد مع زيادة نسبة عدد .1
رينولدز الحار الى عدد رينولدز البارد لجميع الحالات. حيث
ان تأثير زيادة تدفق الماء البارد على زيادة التوصيل
الحراري كان واضحا.
شوات المسامية في تسخين الماء البادرد لمديات استخدام االح .2
( في هذه الاختيارات كانت غير 7.5LPMتدفق اقل من )
مجدية لان التوصيل الحراري لها اقل من حالة دون الوسط
المسامي., الا ان الاستفادة منها اتضحت من التدفق
% عن 100المذكور, لان التوصيل الحراري ازدات بنسبة
امي.دون الوسط المس
استخدام الوسط المسامي في المبادل ادى الى زيادة هبوط .3
الضغط في جهة الماء الحار, لان الاوساط المسامية تشكل
عامل احتكاك اضافي للجريان بالاضافة الى ماموجود اصلا
من الاحتكاك الناتج من لزوجة المائع وخشونة سطح
ند الانبوب. حيث ان اعلى نسبة زيادة هبوط الضغط حصل ع
الكرات السيرامكية مقارنة مع وسطين مسامين و دون
(, 19.5mmHgاستخدام الوسط المسامي كانت بحدود )
(% مقارنة مع 2.25, 0.95حيث ازدادت بنسبة زيادة )
الكرات الفولاذية و الكرات الزجاجية.
المصادر. 6
[1] Kakaç,S., Liu, H., & Pramuanjaroenkij,
A. (2012). Heat Exchanger, Selection,
Rating, and Thermal Design. Third
Edition: CRC Press.
[2] Rashidian, S., & Tavakoli, M. R. (2017).
Using Porous Media to Enhancement of
Heat Transfer in Heat Exchangers.
International Journal of Advanced
Engineering, Management and Science, 3
(11), 1051-1064.
[3] Sidhappa, K. A., Hande, S. S., Patil, S. B.
& Maske, V. R. (2016). Heat Transfer
Enhancement by Using Twisted Tape
Inserts with Circular Holes in Forced
Convection. International Journal of
Innovations in Engineering Research and
Technology, 3 (3), 1-7.
[4] Weis, M. M., Abbas, E. F., & Ridha, A.
S.(2018). Experimental and Numerical
Study of Heat Transfer Enhancement in a
Shell and Tube Heat Exchanger Using
Helical Coiled Wire Inserts. Tikrit Journal
of Engineering Sciences, 25 (2), 74-79.
[5] Kadhim, S. K. (2010). Heat Transfer from
Longitudinally Finned Cylinder with
Different Inclination Angles Inside
Adiabatic Duct. Engineering and
Technology Journal, 28 (2), 53-62.
[6] Ridha, T. A. (2017). An Experimental
Study for Performance Enhancement of
Double Pipe Heat Exchanger. Master in
Technical Thermal Engineering,
Refrigeration and Air Condition
Department, Northern Technical
University; Kirkuk; Iraq.
[7] Hussein, A. M. (2006). An Experimental
and Numerical Study of Mixed
Convection Through porous medium
Between Inclined Two Plates. Tikrit
Journal of Engineering Science, 13 (4),
78-98.
[8] Tahseen, T. A. (2007). Experimental
Study for Heat Transfer Enhancement by
Laminar Forced Convection from
Horizontal Tube Heated with Constant
Heat Flux Using Two Types of Porous
Media. Paper presented at the One
scientific Conference Technical Authority
Educating, Baghdad.
[9] Hilal, K. H., & Lafta, N. S.(2017)
.Experimental Study for Heat Transfer
Enhancement by Using Porous Media in
Double Tube Heat Exchanger. AL-
TAQANI, 30 (1), E44-E59.
[10] Shah, R. K., & Sekulic, D. P. (2003).
Fundamentals of Heat Exchanger Design:
John Wiley & Sons.
[11] Holman, J. P. (2010). Heat Transfer
(Tenth ed.). McGraw-Hill: Series in
Mechanical Engineering.
[12] Al_Joboury. O. K. A., Ali. O. M., &
Yaseen. K. F. (2009). Expermintal And
Theoretical Study Of Natural Convection
Heat Transfer Between Two Concentric
Cylinders Filled With Porous Medium.
48
Ehsan F. Abbas , Shagul S. Mohammed / Tikrit Journal of Engineering Sciences (2019) 26(4) : 43-49
Al-Rafidain Engineering Journal ,17 (6),
65-75.
[13] Latif, M. J. (2006). Heat convection:
Berlin: Springer-Verlag.
[14] Cengel, Y. A. (1998). Heat Transfer: A
Practical Approach (Second ed.). Mc-
Graw Hill.
[15] Kreith, F., Manglik, R. M., & Bohn, M. S.
(2012). Principles of Heat Transfer:
Cengage Learning.
[16] Tavman, I. (1996). Effective Thermal
Conductivity of Granular Porous
Materials. International Communications
in Heat and Mass Transfer, 23 (2), 169-
176.
[17] Rasheed, S. A. H. (2006). Mixed
Convection Heat Transfer in Saturated
Porous Media Inside a Circular Tube.
Doctor of Philosophy in Mechanical
Engineering, Mechanical Engineering
University of Technology.
49
